[發明專利]一種全源BeiDou/SINS彈性狀態觀測器模型設計方法

有效

• 申請號: 202010894489.7
• 申請日: 2020-08-31
• 公開（公告）號: CN111982126B
• 公開（公告）日: 2023-03-17
• 發明（設計）人: 丁國強;凌丹;趙朋朋;婁泰山;張煥龍;趙素娜;王曉雷;王妍
• 申請（專利權）人: 鄭州輕工業大學
• 主分類號: G01C21/20
• 分類號: G01C21/20;G01C21/16;G01S19/49
• 代理公司: 鄭州優盾知識產權代理有限公司 41125
• 代理人: 張真真

1.一種全源BeiDou/SINS彈性狀態觀測器模型設計方法，其特征在于，其步驟如下：

步驟一、根據BeiDou/SINS組合導航系統多源傳感器配置，設計松組合模式無人機載體有界姿態模型方程，并根據多源傳感器中磁力計傳感設備測量的數據計算注入項算子，根據多源傳感器中陀螺儀測量的數據計算陀螺儀偏差；

步驟二、分別對注入項算子和陀螺儀偏差進行離散化計算，根據注入項算子和陀螺儀偏差的離散化結果對松組合模式無人機載體有界姿態模型方程進行離散化計算；

步驟三、構建BeiDou接收機位置和速度測量誤差模型，并引入輔助向量構建BeiDou/SINS組合導航系統的無人機平移運動觀測器模型；

步驟四、根據BeiDou/SINS組合導航系統的無人機平移運動觀測器模型構建BeiDou/SINS組合導航系統的連續線性系統模型，并將BeiDou/SINS組合導航系統的連續線性系統模型轉化為平移運動觀測器的LTV模型；

所述BeiDou/SINS組合導航系統的連續線性系統模型為：

其中，表示BeiDou/SINS組合導航系統的狀態變量微分，n表示系統噪聲，為BeiDou/SINS組合導航系統的狀態變量，表示無人機平移運動的位置，表示無人機平移運動的速度向量，Ψ表示輔助向量，為BeiDou/SINS組合導航系統的輸入量，為對比力測量值，表示注入項算子，表示注入項算子表述的旋轉矩陣，狀態轉移矩陣表示A的子矩陣，F表示擴展垂向位移轉移矩陣，表示輸入量系數矩陣，表示B₁的子矩陣，表示四元數的旋轉矩陣，表示過程噪聲系數矩陣，B＝(B₁,B₂)，表示獲得的LTV方程中的輔助項；表示計算位置表達的重力矢量，表示地球自轉角速度；

所述平移運動觀測器的LTV模型為：

其中，C＝(C^*,H)表示觀測方程的一階微分Jaccobian矩陣，表示系數矩陣，表示增益矩陣，表示由系統狀態變量間的關聯增益系數與彈性系數組建的彈性轉移矩陣，表示位置變量增益系數，表示位置對速度的關聯增益系數，表示速度增益系數，表示位置和輔助變量關聯增益系數，表示速度與輔助變量關聯增益系數，θ表示彈性系數，K_z表示擴展的彈性轉移矩陣，t表示連續系統時間變量，y表示觀測量；

步驟五、根據平移運動觀測器的LTV模型預測平移運動觀測器的LTV模型系統狀態變量的預測值；

步驟六、根據平移運動觀測器的LTV模型系統狀態變量的預測值對平移運動觀測器的LTV模型系統狀態變量進行更新。

2.根據權利要求1所述的全源BeiDou/SINS彈性狀態觀測器模型設計方法，其特征在于，所述松組合模式無人機載體有界姿態模型方程為：

其中，表示載體坐標系相對于ECEF系的旋轉四元數微分，表示無人機從載體坐標系b到ECEF系的旋轉姿態，表示陀螺儀測量角速度，表示陀螺儀偏差，表示擴展注入項算子，表示地球自轉角速度ω_ie的四維擴展向量，表示陀螺儀偏差隨機游走量，表示陀螺儀測量偏差，表示注入項算子，表示陀螺儀偏差定界值，Proj(·)表示投影模型，表示比力測量值，表示旋轉矩陣，表示飽和算子，κ₁表示陀螺儀角速率偏差估計彈性增益系數，κ₂表示注入項算子的各個觀測/參考矢量對的彈性比例系數，表示載體系下的磁力計測量，m^e表示地球磁場參考矢量，表示加速度計的比力矢量；

分別對比力測量值加速度計的比力矢量載體系下的磁力計測量值地球磁場參考矢量m^e進行規范化計算，得到：

其中，f^b表示載體系下的規范化比力，f^e表示ECEF系下的規范化測量比力，m^b表示載體系下的規范化磁力計測量值，m^e表示ECEF系下的規范化磁力計測量值；

注入項算子的規范化形式為：